生物酶催化生产L-多巴简介一、L-多巴简介左旋多巴(3,4-dihydroxyphenyl-L-ananine，简称 L-DOPA)的化学名称为3,4-二羟基苯基丙氨酸，其结构式为：作为一种重要的生物活性物质，L-DOPA是从L-酪氨酸到儿茶酚 或黑色素的生化代谢途径过程中的重要中间产物L-DOPA的衍生物 —多巴胺是一种重要的神经递质，由于多巴胺不能透过血脑屏障进入 脑组织，所以不能通过补充多巴胺来治疗帕金森氏病，而L-DOPA可 以通过血脑屏障，并在脑组织中脱羧形成多巴胺，从而使脑组织中多 巴胺含量增加而达到治疗的目的o Birkmayer于1961年用左旋多巴治 疗PD获得明显疗效由罗氏公司开发，其制剂美多巴于1973年7 月在瑞士首次上市迄今为止，仍是治疗帕金森病最有效的药物之一L-DOPA还可用来治疗弱视；利用酪氨酸酶将L-酪氨酸转化，经 L-DOPA形成黑色素，可用于毛发染色；此外，人们还发现L-DOPA 有抗衰老的功效二、L-多巴的合成方法1911年，Casimir Funk在实验室中第一次成功合成D,L-DOPA 1913年，Marcus Guggenheim从蚕豆豆荚中第一次分离提取到天然存 在于植物体内的L-DOPAo目前，L-DOPA主要通过从植物中提取、 化学法合成以及微生物酶法转化等方法生产获得。
虽然猫豆等植物中存在的多巴都是左旋的，提取过程中免去了与 手性异构体D-DOPA的拆分工艺，并且L-DOPA的提取得率也相应 得到了一些提高，但由于受到原料来源少、产量小的限制，因而生产 成本较高，从植物中提取L-DOPA难以大规模生产，远不能满足市场 需求上世纪70年代初，国外化学法合成L-DOPA的年产量已达150 吨，但由化学法所合成出来的产物是 D-型和L-型的混合物，而 D-DOPA会引起人体毒性反应，因此应用于医学临床之前必须通过控 制旋光度的方法来减少D-DOPA的影响解决此问题的最好办法是 使D-型和L-型多巴完全分开，但D-型和L-型多巴的拆分非常困难与从植物中提取及化学合成相比,微生物酶法生物合成L-DOPA, 具有生产周期短、可连续大批量生产等优点2005年世界L-DOPA年 产量为250吨左右，其中大部分是通过微生物酶法生物合成的三、本项目技术介绍酪氨酸酚裂解酶，又名0 -酪氨酸酶，以PLP为辅酶，TPL可以 催化L-酪氨酸发生0 -消去反应生成苯酚、丙酮酸和氨由于这个反 应是可逆的，将邻苯二酚代替苯酚后，可由邻苯二酚、丙酮酸和氨可 在TPL催化下生成L-DOPA。
本项目技术将编码TPL的基因片段转入大肠杆菌中进行高密度 发酵表达，从而获得大量酪氨酸酚裂解酶以邻苯二酚、丙酮酸和氨 为底物，经TPL催化反应生成L-多巴目前本项目技术指标发酵24h左右湿菌重100g/L左右，生物转化反应20h左右，产物浓度50g/L左右工程菌的构建和发酵、转化 工艺均还在优化中，技术指标仍有提升空间四、成本估算指标：转化反应投菌量为6%,产物浓度50g/L，转化率90%,纯化收率80%发酵菌体湿重（粗酶）为120kg/t左右It发酵液成 本（包括原料、人工及能耗）为2400元左右表1 1T转化反应液成本估算试剂单价（元/Kg）用量（Kg）总价（元）邻苯二酚27.531.02853.05丙酮酸5024.811240.5硫酸铵1.037.2337.23湿菌体20601200合计3330.78L-多巴40如上表，最后得到40kg产品，成本约为83.27元/kg （包括发酵 全部成本、转化反应原料成本），其余包括分离纯化成本及能耗、人 工等成本也按83.27元/kg计算，即L-多巴的生产成本估算为166.54 兀/kg。